ภาพที่ 1 ตารางธาตุในปัจจุบัน
ที่มา:  https://pixabay.com , ExplorersInternational

                   ธาตุจัดเป็นหมวดหมู่ได้อย่างเป็นระบบ โดยอาศัยตารางธาตุ ซึ่งในปัจจุบันจัดเรียงตามเลขอะตอม และความคล้ายคลึงของสมบัติ แบ่งออกเป็นหมู่ซึ่งเป็นแถวในแนวตั้งจำนวน 18 หมู่ และคาบซึ่งเป็นแถวในแนวนอนจำนวน  7 คาบ ธาตุทุกตัวนับตั้งแต่มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ( ไฮโดรเจน ) จนถึง 118 ( ออกาเนสซอน ) ถูกค้นพบหรือมีการสังเคราะห์ขึ้นมา ทำให้ตารางธาตุในปัจจุบันมีครบทั้ง 7 คาบ โดยธาตุ 98 ตัวแรกพบได้ในธรรมชาติถึงแม้ว่าบางตัวจะมีปริมาณน้อย และถูกสังเคราะห์ขึ้นก่อนที่จะพบในธรรมชาติก็ตาม ส่วนธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 99 ถึง 118 ถูกสังเคราะห์ขึ้นทั้งสิ้นในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์หรือในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์

          ธาตุในแนวตั้ง แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือกลุ่ม A และ B ซึ่งกลุ่ม A มี 8 หมู่ คือ IA ถึง VIIIA  มีรายละเอียดของแต่ละหมู่ ดังนี้

• หมู่ IA มีชื่อว่า โลหะอัลคาไล ( alkalai metals ) มีสมบัติเป็นโลหะที่มีความว่องไวในปฏิกิริยามาก มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 ตัว

                  - หมู่ IIA มีชื่อว่า โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท ( alkalaine earth metals ) มีสมบัติเป็นโลหะ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 2 ตัว ธาตุที่ว่องไวในปฏิกิริยาที่สุดในหมู่นี้คือ เรเดียม ( Ra )

                  - หมู่ IIIA ประกอบด้วยโลหะและอโลหะ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว

                  - หมู่ IVA  มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว

                  - หมู่ VA  มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว

                  - หมู่ VIA ตอนต้นหมู่จะมีธาตุที่มีสมบัติเป็นอโลหะ แล้วค่อย ๆ เป็นโลหะ

                  - หมู่ VIIA มีชื่อว่า แฮโลเจน ( Halogens ) ธาตุหมู่นี้เป็นอโลหะที่ว่องไวต่อปฏิกิริยามาก

          กลุ่ม B มี 8 หมู่ คือ IB ถึง VIIIB เรียกว่า ธาตุทรานซิชัน ( Transition elements ) ได้แก่

     - Lanthanide series ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอม 57 – 71 เป็นธาตุที่หายากมาก

     - Actinide series ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอม 89 – 103 ธาตุหมู่นี้มีคุณสมบัติเป็นสารกัมมันตรังสี

     หลังจากที่ได้ทำความรู้จักกับตารางธาตุที่ใช้ในปัจจุบันกันแล้ว ในบทนี้จะขอกล่าวถึงสมบัติของธาตุตามตารางธาตุ ในเรื่องขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลังงานไอออไนเซชัน  ( IE ) ค่าอิเล็กตรอนอัฟฟินิตี ( EA ) และค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ( EN ) ดังรายละเอียดที่จะกล่าวต่อไปนี้

ขนาดอะตอม

          ถ้าพิจารณาธาตุทุก ๆ หมู่ และทุก ๆ คาบในตารางธาตุ สามารถแสดงแนวโน้มของขนาดอะตอมได้ดังภาพที่ 2

ภาพที่ 2 ขนาดอะตอมของธาตุและรัศมีอะตอมของธาตุตามตารางธาตุ
ที่มา: สุนทร  พรจำเริญ

จากภาพที่ 2 แสดงขนาดอะตอมและรัศมีอะตอมของธาตุตามตารางธาตุ สามารถสรุปได้ว่า

• ธาตุในหมู่เดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ขนาดอะตอมจะใหญ่ขึ้น เพราะธาตุในหมู่เดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น จะมีระดับพลังงานเพิ่มขึ้น แม้ว่าจำนวนโปรตอนจะเพิ่มขึ้นด้วยก็ตาม แต่แรงดึงดูดต่อเวเลนซ์อิเล็กตรอนมีน้อย จึงทำให้ขนาดใหญ่ขึ้น ในกรณีนี้การเพิ่มระดับพลังงานมีผลมากกว่าการเพิ่มจำนวนโปรตอน
• ธาตุในคาบเดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ขนาดอะตอมจะเล็กลง เนื่องจากธาตุในคาบเดียวกันมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน แต่เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น จำนวนโปรตอนจะเพิ่มขึ้นด้วย แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ขนาดจึงลดลง

ขนาดไอออน

• ไอออนของโลหะ

ไอออนของโลหะเกิดจากอะตอมให้อิเล็กตรอน แล้วเกิดเป็นไอออนบวก เช่น ₁₁Na มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2, 8, 1 ให้อิเล็กตรอน 1 ตัว เหลืออิเล็กตรอนเป็น 2, 8 ดังรูป

การเกิดไอออนบวกนั้น ขนาดของไอออนเล็กกว่าอะตอมเดิม เพราะ ระดับพลังงานลดลง จำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอน ส่งผลให้แรงดึงดูดของนิวเคลียสต่ออิเล็กตรอนมีค่าสูงขึ้น อิเล็กตรอนจึงเข้าใกล้นิวเคลียสได้มากขึ้น ขนาดของไอออนจึงเล็กลง

ไอออนของโลหะในหมู่เดียวกันจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น และไอออนของโลหะในคาบเดียวกันจะมีขนาดเล็กลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น

• ไอออนของอโลหะ

ไอออนของอโลหะเกิดจากอะตอมรับอิเล็กตรอน แล้วเกิดไอออนลบซึ่งใหญ่กว่าอะตอมเดิม       เพราะอิเล็กตรอนที่รับเพิ่มเข้ามาจะผลักกับอิเล็กตรอนเดิม ทำให้อิเล็กตรอนอยู่ไกลจากนิวเคลียสมากขึ้น ขนาดไอออนจึงใหญ่ขึ้น เช่น ₁₇Cl มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2, 8, 7 รับอิเล็กตรอน 1 ตัว มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2, 8, 8  ดังรูป

         ไอออนของอโลหะในหมู่เดียวกันจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น และไอออนของอโลหะในคาบเดียวกันจะมีขนาดเล็กลง เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น

พลังงานไอออไนเซชัน  ( IE  )

          พลังงานไอออไนเซชัน  ( IE ) เป็นพลังงานที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนวงนอกสุดให้หลุดออกจากอะตอมในสถานะแก๊ส โดยมีหลักการว่า อะตอมใดมีขนาดเล็ก แรงดึงดูดของนิวเคลียสต่ออิเล็กตรอนมาก จึงทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกยาก ค่า IE จึงมีค่าน้อยและอะตอมใดมีขนาดใหญ่ แรงดึงดูดของนิวเคลียสต่ออิเล็กตรอนน้อย จึงทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกง่าย ค่า IE จึงมีค่ามาก

แนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชัน ในตารางธาตุ ดังแสดงในภาพที่ 3

ภาพที่ 3 แนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชัน ในตารางธาตุ
ที่มา: ศุภาวิตา จรรยา ดัดแปลงจากภาพของ สุนทร  พรจำเริญ

          จากภาพที่ 3 แสดงแนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชัน ในตารางธาตุ สามารถสรุปได้ว่า

• ธาตุในหมู่เดียวกัน ค่า IE จะลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ทั้งนี้เพราะธาตุในหมู่เดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ขนาดของอะตอมจะใหญ่ขึ้น การดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมขนาดใหญ่ ซึ่งมีแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนวงนอกสุดกับนิวเคลียสน้อย ย่อมง่ายกว่าการดึงอิเล็กตรอนจากอะตอมเล็ก ที่มีแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนวงนอกสุดกับนิวเคลียสมาก
• ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า IE จะเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ทั้งนี้เพราะขนาดอะตอมเล็กลงการดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนวงนอกสุดกับนิวเคลียสเพิ่มขึ้น การดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมจึงทำได้ยากขึ้น  ค่าพลังงานไอออไนเซชันจึงสูงขึ้น

อิเล็กตรอนอัฟฟินิตี ( EA )

          อิเล็กตรอนอัฟฟินิตี ( Electron Affinity ) หมายถึง พลังงานที่คายออกมาเมื่ออะตอมที่เป็นกลางในสถานะแก๊ส รับอิเล็กตรอน 1 ตัว กลายเป็นไอออนลบในสภาวะแก๊ส ดังสมการ

                              X (g) + e ^-                    X^- (g)  +  พลังงานอิเล็กตรอนอัฟฟินิตี

ภาพที่ 4 แนวโน้มของค่าอิเล็กตรอนอัฟฟินิตี ในตารางธาตุ
ที่มา: สุนทร  พรจำเริญ

          จากภาพที่ 4 สามารถสรุปได้ว่า

• ธาตุในหมู่เดียวกัน ค่า EA ลดลงจากบนลงล่าง เพราะธาตุข้างบนมีขนาดเล็กกว่าธาตุข้างล่าง จึงมีแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกที่นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้าในอะตอมได้มากกว่า ระยะทางจากนิวเคลียสถึงขอบเขตของอะตอมสั้นกว่าอะตอมที่มีขนาดใหญ่ที่อยู่ข้างล่างของหมู่  ธาตุข้างบนรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าธาตุข้างล่าง EA จึงมากกว่า
• ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EA เพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ เพราะธาตุทางขวามีขนาดเล็กกว่าธาตุทางซ้ายมือ จะรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า อิเล็กตรอนที่เข้ามาใหม่จะถูกดึงดูดด้วยนิวเคลียสได้มาก EA  จะสูง

อิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ( EN )

          อิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ( Electronegativity ) เป็นค่าสมมติที่แสดงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ โดยอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดเล็ก จะได้รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสมาก ค่า EN จึงสูง ส่วนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ จะได้รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสน้อย ค่า EN จึงต่ำ

ภาพที่ 5 แนวโน้มของค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ในตารางธาตุ
ที่มา: สุนทร  พรจำเริญ

          จากภาพที่ 5 สามารถสรุปได้ว่า

• ธาตุในหมู่เดียวกัน ค่า EN จะลดลงจากบนลงล่าง เพราะขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นทำให้นิวเคลียสมีโอกาสดึงดูดอิเล็กตรอนได้น้อยกว่าอะตอมที่มีขนาดเล็ก EN จึงต่ำลง
• ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EN จะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา เพราะขนาดของอะตอมเล็กลงทำให้ได้รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสมากกว่าอะตอมที่มีขนาดใหญ่ EN จึงสูงขึ้น

แหล่งที่มา

วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี. ตารางธาตุ. สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2562 . จาก https:// th.wikipedia.org/wiki/ตารางธาตุ

สุนทร  พรจำเริญ. ตารางธาตุ.  สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2562 . จาก www.rmutphysics.com/charud/PDF-learning/5/periodic/periodic%20table.pdf

Vop. (2018, 21, 6). ตารางธาตุที่ใช้งานกันอยู่ทุกวันนี้ ใกล้ถึงต้องเพิ่มแถวขึ้นมาใหม่. สืบค้นเมื่อวันที่ 28  เมษายน 2562 . จาก https://jimmysoftwareblog.com/node/8695

Witold Nazarewicz et al. (2018, 20, Jun). Researchers Explore Limits of the Periodic Table of Elements.  Retrieved April 27, 2019, from www.sci-news.com/physics/periodic-table-limits-06118.html